串口是很常用的一个外设，在Linux 下通常通过串口和其他设备或传感器进行通信，根据 电平的不同，串口分为TTL 和RS232。不管是什么样的接口电平，其驱动程序都是一样的，通 过外接RS485 这样的芯片就可以将串口转换为RS485 信号，正点原子的I.MX6U-ALPHA 开发 板就是这么做的。对于正点原子的I.MX6U-ALPHA 开发板而言，RS232、RS485 以及GPS 模 块接口通通连接到了I.MX6U 的UART3 接口上，因此这些外设最终都归结为UART3 的串口驱 动。本章我们就来学习一下如何驱动I.MX6U-ALPHA 开发板上的UART3 串口，进而实现RS232、 RS485 以及GSP 驱动。

1、uart_driver 注册与注销 同I2C、SPI 一样，Linux 也提供了串口驱动框架，我们只需要按照相应的串口框架编写驱 动程序即可。串口驱动没有什么主机端和设备端之分，就只有一个串口驱动，而且这个驱动也 已经由NXP 官方已经编写好了，我们真正要做的就是在设备树中添加所要使用的串口节点信 息。当系统启动以后串口驱动和设备匹配成功，相应的串口就会被驱动起来，生成 /dev/ttymxcX(X=0….n)文件。 虽然串口驱动不需要我们去写，但是串口驱动框架我们还是需要了解的，uart_driver 结构 体表示UART 驱动，uart_driver 定义在include/linux/serial_core.h 文件中，内容如下：

每个串口驱动都需要定义一个uart_driver，加载驱动的时候通过uart_register_driver 函数向 系统注册这个uart_driver，此函数原型如下：

函数参数和返回值含义如下： drv：要注册的uart_driver。 返回值：0，成功；负值，失败。 注销驱动的时候也需要注销掉前面注册的uart_driver，需要用到uart_unregister_driver 函数， 函数原型如下：

函数参数和返回值含义如下： drv：要注销的uart_driver。 返回值：无。 2、uart_port 的添加与移除 uart_port 表示一个具体的port，uart_port 定义在include/linux/serial_core.h 文件，内容如下 (有省略)：

uart_port 中最主要的就是第235 行的ops，ops 包含了串口的具体驱动函数，这个我们稍后 再看。每个UART 都有一个uart_port，那么uart_port 是怎么和uart_driver 结合起来的呢？这里 要用到uart_add_one_port 函数，函数原型如下：

函数参数和返回值含义如下： drv：此port 对应的uart_driver。 uport：要添加到uart_driver 中的port。 返回值：0，成功；负值，失败。 卸载UART 驱动的时候也需要将uart_port 从相应的uart_driver 中移除，需要用到 uart_remove_one_port 函数，函数原型如下：

函数参数和返回值含义如下： drv：要卸载的port 所对应的uart_driver。 uport：要卸载的uart_port。 返回值：0，成功；负值，失败。 3、uart_ops 实现 在上面讲解uart_port 的时候说过，uart_port 中的ops 成员变量很重要，因为ops 包含了针 对UART 具体的驱动函数，Linux 系统收发数据最终调用的都是ops 中的函数。ops 是uart_ops 类型的结构体指针变量，uart_ops 定义在include/linux/serial_core.h 文件中，内容如下：

UART 驱动编写人员需要实现uart_ops，因为uart_ops 是最底层的UART 驱动接口，是实 实在在的和UART 寄存器打交道的。关于uart_ops 结构体中的这些函数的具体含义请参考 Documentation/serial/driver 这个文档。 UART 驱动框架大概就是这些，接下来我们理论联系实际，看一下NXP 官方的UART 驱动文件是如何编写的。

1、UART 的platform 驱动框架 打开imx6ull.dtsi 文件，找到UART3 对应的子节点，子节点内容如下所示：

重点看一下第2，3 行的compatible 属性，这里一共有三个值：“fsl,imx6ul-uart”、“fsl,imx6q- uar”和“fsl,imx21-uart”。在linux 源码中搜索这三个值即可找到对应的UART 驱动文件，此文 件为drivers/tty/serial/imx.c，在此文件中可以找到如下内容：

可以看出I.MX6U 的UART 本质上是一个platform 驱动，第267~280 行，imx_uart_devtype 为传统匹配表。 第283~288 行，设备树所使用的匹配表，第284 行的compatible 属性值为“fsl,imx6q-uart”。 第2071~2082 行，platform 驱动框架结构体serial_imx_driver。 第2084~2096 行，驱动入口函数，第2086 行调用uart_register_driver 函数向Linux 内核注 册uart_driver，在这里就是imx_reg。 第2098~2102 行，驱动出口函数，第2101 行调用uart_unregister_driver 函数注销掉前面注 册的uart_driver，也就是imx_reg。 2、uart_driver 初始化 在imx_serial_init 函数中向Linux 内核注册了imx_reg，imx_reg 就是uart_driver 类型的结 构体变量，imx_reg 定义如下：

3、uart_port 初始化与添加 当UART 设备和驱动匹配成功以后serial_imx_probe 函数就会执行，此函数的重点工作就 是初始化uart_port，然后将其添加到对应的uart_driver 中。在看serial_imx_probe 函数之前先来 看一下imx_port 结构体，imx_port 是NXP 为I.MX 系列SOC 定义的一个设备结构体，此结构 体内部就包含了uart_port 成员变量，imx_port 结构体内容如下所示(有缩减)：

第217 行，uart_port 成员变量port。 接下来看一下serial_imx_probe 函数，函数内容如下：

第1971 行，定义一个imx_port 类型的结构体指针变量sport。 第1977 行，为sport 申请内存。 第1987~1988 行，从设备树中获取I.MX 系列SOC UART 外设寄存器首地址，对于 I.MX6ULL 的UART3 来说就是0X021EC000。得到寄存器首地址以后对其进行内存映射，得到 对应的虚拟地址。 第1992~1994 行，获取中断信息。 第1996~2034 行，初始化sport，我们重点关注的就是第2003 行初始化sport 的port 成员变 量，也就是设置uart_ops 为imx_pops，imx_pops 就是I.MX6ULL 最底层的驱动函数集合，稍后 再来看。 第2040~2055 行，申请中断。 第2061 行，使用uart_add_one_port 向uart_driver 添加uart_port，在这里就是向imx_reg 添 加sport->port。 4、imx_pops 结构体变量 imx_pops 就是uart_ops 类型的结构体变量，保存了I.MX6ULL 串口最底层的操作函数， imx_pops 定义如下：

imx_pops 中的函数基本都是和I.MX6ULL 的UART 寄存器打交道的，这里就不去详细的 分析了。简单的了解了I.MX6U 的UART 驱动以后我们再来学习一下，如何驱动正点原子 I.MX6U-ALPHA 开发板上的UART3 接口。

本实验要用到的I.MX6U 的UART3 接口，I.MX6U-ALPHA 开发板上RS232、RS485 和GPS 这三个接口都连接到了UART3 上，我们依次来看一下这三个模块的原理图。 1、RS232 原理图 RS232 原理图如图63.3.1 所示： 从图63.3.1 可以看出，RS232 电平通过SP3232 这个芯片来实现，RS232 连接到了I.MX6U 的UART3 接口上，但是要通过JP1 这个跳线帽设置。把JP1 的1-3 和2-4 连接起来以后SP3232 就和UART3 连接到了一起。 2、RS485 原理图 RS485 原理图如图63.3.2 所示： RS485 采用SP3485 这颗芯片来实现，RO 为数据输出端，RI 为数据输入端，RE 是接收使 能信号(低电平有效)，DE 是发送使能信号(高电平有效)。在图63.3.2 中RE 和DE 经过一系列 的电路，最终通过RS485_RX 来控制，这样我们可以省掉一个RS485 收发控制IO，将RS485 完全当作一个串口来使用，方便我们写驱动。 3、GPS 原理图 正点原子有一款GPS+北斗定位模块，型号为ATK1218-BD，I.MX6U-ALPHA 开发板留出 了这款GPS 定位模块的接口，接口原理图如图63.3.3 所示： 从图63.3.3 可以看出，GPS 模块用的也是UART3，因此UART3 驱动成功以后就可以直接 读取GPS 模块数据了。

前面我们已经说过了，I.MX6U 的UART 驱动NXP 已经编写好了，所以不需要我们编写。 我们要做的就是在设备树中添加UART3 对应的设备节点即可。打开imx6ull-alientek-emmc.dts 文件，在此文件中只有UART1 对应的uart1 节点，并没有UART3 对应的节点，因此我们可以 参考uart1 节点创建uart3 节点。 1、UART3 IO 节点创建 UART3 用到了UART3_TXD 和UART3_RXD 这两个IO，因此要先在iomuxc 中创建UART3 对应的pinctrl 子节点，在iomuxc 中添加如下内容：

最后检查一下UART3_TX 和UART3_RX 这两个引脚有没有被用作其他功能，如果有的话 要将其屏蔽掉，保证这两个IO 只用作UART3，切记！！！ 2、添加uart3 节点 默认情况下imx6ull-alientek-emmc.dts 中只有uart1 和uart2 这两个节点，如图63.4.1 所示： uart1 是UART1 的，在正点原子的I.MX6U-ALPHA 开发板上没有用到UART2，而且UART2 默认用到了UART3 的IO，因此需要将uart2 这个节点删除掉，然后加上UART3 对应的uart3， uart3 节点内容如下：

完成以后重新编译设备树并使用新的设备树启动Linux，如果设备树修改成功的话，系统 启动以后就会生成一个名为“/dev/ttymxc2”的设备文件，ttymxc2 就是UART3 对应的设备文 件，应用程序可以通过访问ttymxc2 来实现对UART3 的操作。

minicom 类似我们常用的串口调试助手，是Linux 下很常用的一个串口工具，将minicom 移植到我们的开发板中，这样我们就可以借助minicom 对串口进行读写操作。 1、移植ncurses minicom 需要用到ncurses，因此需要先移植ncurses，如果前面已经移植好了ncurses，那么 这里就不需要再次移植了，只需要在编译minicom 的时候指定ncurses 库和头文件目录即可。 首先在ubuntu 中创建一个目录来存放我们要移植的文件，比如我在 /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL 目录下创建了一个名为“tool”的目录来存放所有的移植文 件。然后下载ncurses 源码，我们已经将ncurses 源码放到了开发板光盘中，路径为：1、例程源 码-》7、第三方库源码-》ncurses-6.0.tar.gz，将ncurses-6.0.tar.gz 拷贝到Ubuntu 中创建的tool 目 录下，然后进行解压，解压命令如下：

解压完成以后就会生成一个名为“ncurses-6.0”的文件夹，此文件夹就是ncurese 的源码文 件夹。在tool 目录下新建名为“ncurses”目录，用于保存ncurses 编译结果，一切准备就绪以后 就可以编译ncureses 库了。进入到ncureses 源码目录下，也就是刚刚解压出来的ncurses-6.0 目 录中，首先是配置ncureses，输入如下命令：

configure 就是配置脚本，–prefix 用于指定编译结果的保存目录，这里肯定将编译结果保存 到我们前面创建的“ncurses”目录中。–host 用于指定编译器前缀，这里设置为“arm-linux- gnueabihf”，–target 用于指定目标，这里也设置为“arm-linux-gnueabihf”。配置命令写好以后点 击回车键，等待配置完成，配置成功以后如图63.5.1 所示： 配置成功以后输入“make”命令开始编译，编译成功以后如图63.5.2 所示： 编译成功以后输入“make install”命令安装，安装的意思就是将编译出来的结果拷贝到–pfefix 指定的目录里面去。安装成功以后如图63.5.3 所示：

安装成功以后查看一下前面创建的“ncurses”文件夹，会发现里面多了一些东西，如图63.5.4 所示： 我们需要将图63.5.4 中include、lib 和share 这三个目录中存放的文件分别拷贝到开发板根 文件系统中的/usr/include、/usr/lib 和/usr/share 这三个目录中，如果哪个目录不存在的话请自行 创建！！拷贝命令如下：

然后在开发板根目录的/etc/profile(没有的话自己创建一个)文件中添加如下所示内容：

2、移植minicom 继续移植minicom，获取minicom 源码，我们已经放到了开发板光盘中了，路径为：1、例 程源码-》7、第三方库源码-》minicom-2.7.1.tar.gz。将minicom-2.7.1.tar.gz 拷贝到ubuntu 中的 /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/tool 目录下，然后在tool 目录下新建一个名为“minicom”的 子目录，用于存放minicom 编译结果。一切准备好以后就可以编译minicom 了，先解压minicom， 命令如下：

解压完成以后会生成一个叫做minicom-2.7.1 的文件夹，这个就是minicom 的源码，进入到 此目录中，然后配置minicom，配置命令如下：

CC 表示要使用的gcc 交叉编译器，–prefix 指定编译出来的文件存放目录，肯定要存放到 我们前面创建的minicom 目录中。–host 指定交叉编译器前缀，CPPFLAGS 指定ncurses 的头文件路径，LDFLAGS 指定ncurses 的库路径。 配置成功的话如图63.5.5 所示：

配置成功以后执行如下命令编译并安装：

编译安装完成以后，前面创建的minicom 目录内容如图63.5.6 所示： 将minicom 目录中bin 子目录下的所有文件拷贝到开发板根目录中的/usr/bin 目录下，命令 如下：

完成以后在开发板中输入“minicom -v”来查看minicom 工作是否正常，结果如图63.5.7 所 示： 从图63.5.7 可以看出，此时minicom 版本号为2.7.1，minicom 版本号查看正常。输入如下 命令打开minicom 配置界面：

结果是打不开minicom 配置界面，提示如图63.5.8 所示信息： 从图63.5.8 可以看出，minicom 异常嚣张，竟然让我们“Go away”，这能容忍？！必须要 治一下。解决方法很简单，新建/etc/passwd 文件，然后在passwd 文件里面输入如下所示内容：

完成以后重启开发板！ 完成以后重启开发板！ 开发板重启以后再执行“minicom -s”命令，此时minicom 配置界面就可以打开了，如图 63.5.9 所示： 如果能出现图63.5.9 所示界面，那么就说明mincom 工作正常了。

在测试之前要先将I.MX6U-ALPHA 开发板的RS232 与电脑连接起来，首先设置JP1 跳线 帽，如图63.6.1.1 所示： 跳线帽设置好以后使用RS232 线将开发板与电脑连接起来，这里建议使用USB 转 DB9(RS232)数据线，比如正点原子售卖的CH340 方案的USB 转公头DB9 数据线，如图63.6.1.2 所示： 图63.6.1.2 中所示的数据线是带有CH340 芯片的，因此当连接到电脑以后就会出现一个 COM 口，这个COM 口就是我们要使用的COM 口。比如在我的电脑上就是COM9，在SecureCRT 上新建一个连接，串口为COM9，波特率为115200。

在开发板中输入“minicom -s”，打开minicom 配置界面，然后选中“Serial port setup”，如 图63.6.2.1 所示： 选中“Serial port setup”以后点击回车，进入设置菜单，如图63.6.2.2 所示： 图63.6.2.2 中有7 个设置项目，分别对应A、B……G，比如第一个是选中串口，UART3 的 串口文件为/dev/ttymxc2，因此串口设备要设置为/dev/ttymxc2。设置方法就是按下键盘上的‘A’， 然后输入“/dev/ttymxc2”即可，如图63.6.2.3 所示： 设置完以后按下回车键确认，确认完以后就可以设置其他的配置项。比如E 设置波特率、 数据位和停止位的、F 设置硬件流控的，设置方法都一样，设置完以后如图63.6.2.4 所示： 都设置完成以后按下回车键确认并退出，这时候会退回到如图63.6.2.1 所示的界面，按下 ESC 键退出图63.6.2.1 所示的配置界面，退出以后如图63.6.2.5 所示： 图63.6.2.2 就是我们的串口调试界面，可以看出当前的串口文件为/dev/ttymxc2，按下CTRL- A，然后再按下Z 就可以打开minicom 帮助信息界面，如图63.6.2.6 所示： 从图63.6.2.6 可以看出，minicom 有很多快捷键，本实验我们打开minicom 的回显功能， 回显功能配置项为“local Echo on/off…E”，因此按下E 即可打开/关闭回显功能。

1、发送测试 首先测试开发板通过UART3 向电脑发送数据的功能，需要打开minicom 的回显功能(不打 开也可以，但是在minicom 中看不到自己输入的内容)，回显功能打开以后输入“AAAA”，如 图63.6.3.1 所示：

图63.6.3.1 中的“AAAA”相当于开发板通过UART3 向电脑发送“AAAA”，那么COM9 就会接收到“AAAA”，SecureCRT 中COM9 收到的数据如图63.6.3.2 所示： 可以看出，开发板通过UART3 向电脑发送数据正常，那么接下来就测试开发板数据接收 功能。 2、接收测试 接下来测试开发板的UART3 接收功能，同样的，要先打开SecureCRT 上COM9 的本地回 显，否则的话你在COM9 上输出的内容会看不到，但是实际上是已经发送给了开发板。选中 SecureCRT 的Options->Session Options->Adavnced，打开回话配置界面，然后选中“Local echo”， 如图63.6.3.3 所示： SecureCRT设置好以后向开发板发送一个“BBBB”，在SecureCRT 的COM9 上输入“BBBB”， 如图63.6.3.3 所示： 此时开发板的minicom 就会接收到发送过来的“BBBB”，如图63.6.3.4 所示： UART3 收发测试都没有问题，说明我们的UART3 驱动工作正常。如果要退出minicom 的 话，在minicom 通信界面按下CRTL+A，然后按下X 来关闭minicom。关于minicom 的使用我 们这里讲的很简单，大家可以在网上查找更加详细的minicom 使用教程。

前面已经说过了，I.MX6U-ALPHA 开发板上的RS485 接口连接到了UART3 上，因此本质 上就是个串口。RS232 实验我们已经将UART3 的驱动编写好了，所以RS485 实验就不需要编 写任何驱动程序，可以直接使用minicom 来进行测试。

首先是设置JP1 跳线帽，将3-5、4-6 连接起来，如图63.7.1.1 所示： 一个板子是不能进行RS485 通信测试的，还需要另一个RS485 设备，比如另外一块I.MX6U-ALPHA 开发板。这里推荐大家使用正点原子出品的USB 三合一串口转换器，支持USB 转TTL、 RS232 和RS485，如图63.7.1.2 所示： 使用杜邦线将USB 串口转换器的RS485 接口和I.MX6U-ALPHA 开发板的RS485 连接起 来，A 接A，B 接B，不能接错了！连接完成以后如图63.7.1.3 所示： 串口转换器通过USB 线连接到电脑上，我用的是CH340 版本的，因此就不需要安装驱动 的，如果使用的是FT232 版本的就需要安装相应的驱动。连接成功以后电脑就会有相应的COM 口，比如我的电脑上就是COM10，接下来就是测试。

RS485 的测试和RS232 一模一样！USB 多合一转换器的COM 口为10，因此使用SecureCRT 创建一个COM10 的连接。开发板使用UART3，对应的串口设备文件为/dev/ttymxc2，因此开发 板使用minicom 创建一个/dev/ttymxc2 的串口连接。串口波特率都选择115200，8 位数据位，1 位停止位，关闭硬件和软件流控。 1、RS485 发送测试 首先测试开发板通过RS485 发送数据，设置好minicom 以后，同样输入“AAAA”，也就是 通过RS485 向电脑发送一串“AAAA”。如果RS485 驱动工作正常的话，那么电脑就会接收到 开发板发送过来的“AAAA”，如图63.7.2.1 所示： 从图63.7.2.1 可以看出开发板通过RS485 向电脑发送“AAAA”成功，说明RS485 数据数 据发送正常。 2、RS485 接收测试 接下来测试一下RS485 数据接收，电脑通过RS485 向开发板发送“BBBB”，然后观察 minicom 是否能接收到“BBBB”。结果如图63.7.2.2 所示： 从图63.7.2.1 可以看出开发板接收到电脑通过RS485 发送过来的“BBBB”，说明RS485 数 据接收也正常。

GPS 模块大部分都是串口输出的，这里以正点原子出品的ATK1218-BD 模块为例，这是 一款GSP+北斗的定位模块，模块如图63.8.1.1 所示： 首先要将I.MX6U-ALPHA 开发板上的JP1 跳线帽拔掉，不能连接RS232 或RS485，否则 会干扰到GSP 模块。UART3_TX 和UART3_RX 已经连接到了开发板上的ATK MODULE 上， 直接将ATK1218-BD 模块插到开发板上的ATK MODULE 接口即可，开发板上的ATK MODULE 接口是6 脚的，而ATK1218-BD 模块是5 脚的，因此需要靠左插！然后GPS 需要接上天线，天 线的接收头一定要放到户外，因此室内一般是没有GPS 信号的。连接完成以后如图63.8.1.2 所 示：

GPS 我们都是被动接收定位数据的，因此打开minicom，设置/dev/ttymxc2，串口设置要求 如下： ①、波特率设置为38400，因为正点原子的ATK1218-BD 模块默认波特率就是38400。 ②、8 位数据位，1 位停止位。 ③、关闭硬件和软件流控。 设置好以后如图63.8.2.1 所示： 设置好以后就可以静静的等待GPS 数据输出，GPS 模块第一次启动可能需要几分钟搜星， 等搜到卫星以后才会有定位数据输出。搜到卫星以后GPS 模块输出的定位数据如图63.8.2.2 所 示：